过程设备腐蚀与防护2.ppt

1、过程装备腐蚀与防护 -艾新桥,联系方式, 腐蚀速度 根据腐蚀电化学热力学条件，可以判断反应的趋势，而不能直接表明腐蚀速率的大小，反应速度的大小取决于多种因素 极化与超电压 极化现象 当电极上有净电流通过时，电极电位显著地偏离了未通净电流时的起始电位值(平衡电位或非平衡的稳态电位)，这种现象通常称为极化。腐蚀电池发生极化可使腐蚀电流密度减小，从而降低了金属腐蚀速度。,取两块面积相等的锌片和铜片，同时浸入盛有3%NaCl溶液的同一容器中。已测得铜与锌开路电位(净电流为零时)分别为ECu=0.04V，EZn-0.76V,已知回路电阻R=R1(导线、电流表及开关)R2(电解质

2、)230。,开路时：I0,刚闭路瞬间：I = E/R=3500A,闭路后不久(几秒钟)：I = 200A,开路时：I0,刚闭路瞬间：I = E/R =3500A,闭路后不久(几秒钟)：I=200A,原因分析：根据欧姆定律可知，电路中只有电位发生了变化。,由于回路中的电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象。 阳极向正，阴极向负偏移, 电化学极化 阴阳极反应分别跟不上电子的供应速度电子流出的速度而引起。 浓差极化 由于电极附近溶液离子浓度与本体浓度的差异导致的极化 膜阻极化 由于金属表面形成的保护性膜，形成膜阻引起的。, 极化作用的表征-超电压、过电位 过电位是指电位偏离平衡电极电位的大小。 电化

3、学、浓差、膜阻极化过电位的计算公式。（p20-21） 极化曲线图 电位和电流或电流密度的关系曲线称为极化曲线。 将腐蚀电池的阴阳极极化曲线绘制在E-I图上，得到的曲线称为腐蚀极化图。, 腐蚀极化图的应用 * 判断腐蚀过程的控制因素 * 确定金属腐蚀速度 * 多电极系统图解分析, 腐蚀速度与耐蚀性评定 * 腐蚀速度计算 金属腐蚀程度的表示方法 由质量的变化来表示 重量法、增重法、深度法 * 影响腐蚀速度的因素 金属本身、处理工艺、介质环境、其他环境,v失：g/m2h,金属和合金耐蚀性评价指标, 去极化作用 消除极化过程的作用，降低阳极正偏，负极负偏移的趋势。 矛盾：控制腐蚀速度和减少能耗之间的为

4、矛盾。 用作牺牲阳极的材料要求极化作用小。, 析氢腐蚀 氢在阴极上放电，使阳极溶解持续进行而引起的金属腐蚀。 钢铁、铸铁、铝等金属在酸性介质中常常发生析氢腐蚀。 * 条件 腐蚀电池的阳极电位必须低于阴极的析氢电极电位。,* 过程 四个步骤，以最慢的作为控制步骤。 特点 1、阴极材料的性质对腐蚀速度影响较大。 2、溶液流动状态对腐蚀速度影响不大。 3、阴极面积增加，腐蚀速度增大。 4、酸度增加，温度升高会加剧腐蚀。, 耗氧腐蚀 溶液中的氧在阴极析出，促使阳极金属溶解而腐蚀。 * 条件 腐蚀电池的阳极的初始电位必须低于氧在该溶液中的平衡电位。,* 过程 两个基本环节。 * 特点 1、控制步骤随金属

5、在溶液中的腐蚀电位而异。 2、腐蚀速度与金属本身的性质不大。 3、溶液中的含氧量对腐蚀影响很大。 4、阴极面积对腐蚀速度的影响视腐蚀电池类型而异。 5、溶液的流动状态对腐蚀速度影响大。, 金属的钝化 由活性溶解状态变成非常耐蚀状态的突变现象。,例如将在浓硝酸中钝化后的铁转置到本来不可能致钝的稀硝酸中，仍能保持一定程度的钝态稳定性。其稳定程度取决于钝化剂的氧化性和作用时间。,2. 金属钝化后电位往正方面急剧上升,1. 钝化的难易程度与钝化剂、金属本性和温度等有关,3. 钝态与活态之间的转换具有一定程度的不可逆性,4. 在一定条件下，利用外加阳极电流或局部阳极电流也可以使金属从活态转变为钝态,由于

6、钝态建立的过程是一个相当复杂的暂态过程，其中涉及到电极表面状态的变化、表面层中的扩散和电迁移以及新相的析出过程等。因此尽管对钝化现象的研究已有一百多年历史，积累了大量的表观现象，但是对于发生钝化的作用机理，至今仍无一个统一的、完整的理论。目前比较为接受的是薄膜理论和吸附理论。, 钝化理论与钝化特性曲线分析,* 薄膜理论,薄膜理论认为：钝化是由于金属溶解时，在金属表面生成了致密的、覆盖性良好的固体产物保护膜，这层保护膜作为一个独立的相而存在，它或者使金属与电解质溶液完全隔开，或者强烈地阻滞了阳极过程的进行，结果使金属的溶解速度大大降低，亦即使金属转变为钝态。,* 吸附理论,吸附理论认为：金属钝化

7、并不需要形成固态产物膜，而只要在金属表面或部分表面上生成氧或含氧粒子的吸附层就足够使金属钝化了。当这些粒子在金属表面上吸附以后，就改变了金属溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著升高，因而金属表面本身的反应能力降低了，亦即呈现出钝态。,图中曲线被四个特征电位值分成四个区：,(1) 曲线AB段，即从金属的初始电极电位EA0至金属的钝化电位(临界电位)ECP，为金属的活态区。此时金属表面没有钝化膜形成、金属处于活性溶解状态。当EECP时，金属的阳极电流密度达到最大值iCP，称为钝化电流密度。,* 钝化曲线分析阳极钝化曲线,图中曲线被四个特征电位值分成四个区：,(2) 曲线BC段，即从电位ECP到

8、电位EP是活化-钝化过渡区。当电位达到EP时，金属发生钝化，金属表面有钝化膜形成，金属开始从活性状态转变为钝态、阳极电流密度急剧下降。,图中曲线被四个特征电位值分成四个区：,(3) 曲线CD段，即从EP到过钝电位ETP为钝态区。当电位达到EP，亦即到达能形成稳定钝化膜的氧化电位时，金属表面处于稳定的钝化状态。此时电流密度变得很小，并在CD段的电位内，其值只有微小的变化，这个电流密度iP称为维钝电流密度。,图中曲线被四个特征电位值分成四个区：,(4) 曲线DE段，即电位高于ETP的区段，称为过钝化区。从过钝化电位ETP开始，阳极电流密度再次随着电位的升高而增大，这种已经钝化了的金属，在很高的电位下，又重新由钝态变成活态的现象，称为过钝化。, 金属钝性的应用,1. 阳极保护（电化学钝化）,2. 化学钝化提高金属耐蚀性,3. 添加易钝化合金元素，提高合金的耐蚀性,4. 添加活性阴极元素提高可钝化